隨著人工智能對社會各個領(lǐng)域產(chǎn)生重要影響，各國積極推進中小學(xué)階段人工智能教育與人才培養(yǎng)。

2017 年，國務(wù)院發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，提出在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程 [1]。隨后，教育部在 2017 年新修訂的《普通高中信息技術(shù)課程標準》中，以選擇性必修的形式設(shè)置了“人工智能初步”模塊，強調(diào)學(xué)生應(yīng)了解人工智能的發(fā)展歷程及概念，能描述典型人工智能算法的實現(xiàn)過程，設(shè)計與實現(xiàn)簡單智能系統(tǒng)，從而增強利用智能技術(shù)服務(wù)人類發(fā)展的責任感等。

2019 年初，教育部啟動了義務(wù)教育課程修訂工作，進一步在初中和小學(xué)階段將人工智能教育內(nèi)容納入《信息科技》課程中。在此戰(zhàn)略布局的推動下，我國中小學(xué)人工智能教育發(fā)展進入快車道，各省市區(qū)和各級各類學(xué)校積極開展人工智能課程。以深圳市為例，市教育局遴選一批人工智能教育試點學(xué)校，探索形成政府與行業(yè)協(xié)同促進中小學(xué)人工智能教育發(fā)展的機制。在學(xué)校層面，中國人民大學(xué)附屬中學(xué)組建了不同專業(yè)背景的專職教師，形成了縱向分層次、橫向跨學(xué)科的人工智能課程體系，涵蓋機器人、數(shù)據(jù)挖掘、計算機視覺、無人駕駛等 20 余門課程。

2018 年 5 月，美國相關(guān)行業(yè)組織與其計算機科學(xué)教師協(xié)會聯(lián)合成立工作組，啟動美國 K-12 人工智能教育行動[2]。該行動的主要任務(wù)是為美國中小學(xué)人工智能教育確立指導(dǎo)方針，開發(fā)各類人工智能教學(xué)資源并建立開放型開發(fā)社區(qū)。

2019 年 8 月，美國國家科學(xué)基金會下屬的計算社區(qū)聯(lián)盟發(fā)布《未來 20 年美國人工智能研究路線圖》，提出基于國家人工智能基礎(chǔ)設(shè)施重構(gòu)人工智能勞動力，重點建設(shè)各級人工智能課程并向中小學(xué)教師提供培訓(xùn)，通過市場化運營和激勵等措施支持中小學(xué)教師開展人工智能課程[3]。近年來，聯(lián)合國教科文組織也致力于支持會員國利用人工智能技術(shù)以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標，即確保包容和公平的優(yōu)質(zhì)教育，讓全民終身享有學(xué)習(xí)機會[4]。為此，聯(lián)合國教科文組織建立了“人工智能與未來學(xué)習(xí)”等項目，發(fā)布了利用人工智能技術(shù)實現(xiàn) 2030 年教育議程的重要文件《北京共識—人工智能與教育》。該文件涉及智能時代的教育政策規(guī)劃、教育管理和供給、教學(xué)教師、學(xué)習(xí)評價、監(jiān)測評估等多方面。該組織同期還發(fā)布了《人工智能與教育：政策制定者指南》，為教育領(lǐng)域決策者提供了具體可行的政策建議。

雖然世界各國與相關(guān)國際組織都在積極倡導(dǎo)中小學(xué)人工智能教育，但是當前中小學(xué)人工智能教育也面臨著諸多困難和挑戰(zhàn)[5]。首先，在中小學(xué)階段，人工智能課程定位仍然較為模糊。由于人工智能學(xué)科涉及計算機科學(xué)、數(shù)學(xué)、神經(jīng)科學(xué)等多個領(lǐng)域，并且本身處于快速發(fā)展階段，中小學(xué)教育管理者與教師普遍缺乏對人工智能學(xué)科的清晰認識，也容易將其與編程教育、創(chuàng)客教育和機器人教育等混淆。

其次，當前中小學(xué)人工智能教育易陷入太過注重理論或太過注重實踐的兩個極端。有些課堂教學(xué)照搬人工智能學(xué)科中較為深奧和復(fù)雜的理論模型，這些內(nèi)容對學(xué)生的邏輯和數(shù)理能力均有較高要求，普通學(xué)生很難有深入的認知和全面的理解；有些課堂教學(xué)則只片面強調(diào)對人工智能應(yīng)用的簡單體驗和實踐，學(xué)生對人工智能概念和原理的學(xué)習(xí)往往停留在淺層認知階段。

另外，人工智能課程目前多以“校本課程”的形式開設(shè)，課程體系的龐雜造成了教材和資源的良莠不齊。

總之，當前中小學(xué)人工智能教育領(lǐng)域的機遇與挑戰(zhàn)并存，其實施方式和發(fā)展方向也需進一步明確。

針對中小學(xué)人工智能教育面臨的機遇與挑戰(zhàn)，我們提出其實施的基本途徑。如圖 1 所示，中小學(xué)人工智能教育的核心是培養(yǎng)學(xué)生的人工智能素養(yǎng)，使學(xué)生能夠具備適應(yīng)未來智能型社會的基本能力。在此基礎(chǔ)上，確定課程設(shè)計的基本原則，以構(gòu)建智能系統(tǒng)或智能機器解決實際問題為導(dǎo)向，幫助教師設(shè)計合理的課堂教學(xué)內(nèi)容。最終，通過高校專家與企業(yè)聯(lián)合研發(fā)的方式，開展多種形式的高質(zhì)量課程資源建設(shè)。

2.1 人工智能素養(yǎng)

中小學(xué)階段的人工智能素養(yǎng)是當前學(xué)術(shù)界討論的熱點。美國麻省理工學(xué)院教授Cynthia Breazeal 認為，人工智能素養(yǎng)應(yīng)該包括計算思維、人工智能核心概念和設(shè)計思維。其中計算思維包括算法、分解、模式識別和抽象；人工智能核心概念包括感知、表示與推理、機器學(xué)習(xí)、人機交互和社會影響；設(shè)計思維包括同理心、定義問題、構(gòu)思概念、設(shè)計原型和測試驗證。中央電化教育館提出的《中小學(xué)人工智能技術(shù)與工程素養(yǎng)框架》指出，人工智能素養(yǎng)應(yīng)包括人工智能與人類、人工智能與社會、人工智能技術(shù)、人工智能系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)，并需要依據(jù)“理解人工智能技術(shù)原理、制定解決人工智能問題的方案并實現(xiàn)目標、溝通與協(xié)作”三個實踐原則衡量學(xué)生的人工智能技術(shù)與工程素養(yǎng)。

在中小學(xué)階段，人工智能素養(yǎng)的培養(yǎng)也不必依賴獨立學(xué)科進行，可以同其他學(xué)科主題和待解決問題進行結(jié)合。人工智能素養(yǎng)同時也可以作為一種媒介，讓不同教育背景和技術(shù)水平的教師都有自信和動力把人工智能知識帶到其課堂上。另外，也要注重對計算思維和系統(tǒng)思維的培養(yǎng)，使學(xué)生能夠辯證地看待人工智能技術(shù)帶來的影響，同步形成科學(xué)合理的人工智能倫理與道德觀念。

2.2 人工智能課程設(shè)計原則

以培養(yǎng)學(xué)生的人工智能素養(yǎng)為導(dǎo)向，中小學(xué)人工智能課程的設(shè)計也應(yīng)遵循一些基本原則。課程設(shè)計可以總體上依據(jù) 4P（Projects, Passions, Peers and Play）原則[6]。

在項目（Projects）維度，可以積極探索新想法與新項目原型，通過想象—創(chuàng)造—游戲—分享—反思—再想象形成“創(chuàng)意螺旋”，以迭代改進的方式設(shè)計學(xué)習(xí)效果最佳的項目。

在熱情（Passions）維度，培養(yǎng)學(xué)生對項目的熱情和興趣，鼓勵其投入更長的時間和努力，積極面對項目中的困難并堅持完成。

在同伴（Peers）維度，強調(diào)學(xué)習(xí)的社會屬性，學(xué)習(xí)伙伴通過共同關(guān)心的項目建立合作并分享想法，強調(diào)同伴互動是此過程中的核心要素。

在游戲（Play）維度，學(xué)習(xí)活動可以包含游戲化元素，通過嘗試新事物、補充新材料并探索思維邊界，在游戲化學(xué)習(xí)中對項目成果進行迭代改進。

在 4P 原則的基礎(chǔ)上，中小學(xué)人工智能課程的設(shè)計可以分為四步，即介紹人工智能概念、體驗人工智能技術(shù)、討論人工智能影響、完成人工智能項目。

具體而言，第一步介紹人工智能概念，應(yīng)以一種適合該學(xué)段和學(xué)生年齡的方式，講授人工智能基本概念、算法與工作機制。比如通過簡單易懂的解釋和游戲向?qū)W生闡釋算法是如何工作的。

第二步體驗人工智能技術(shù)，則主要通過同現(xiàn)實世界的實例交互以深化對人工智能概念的理解。體驗方式可以主要分為黑箱演示和白箱演示，黑箱演示展示了人工智能的某些特殊能力，讓學(xué)生體驗人工智能是什么，以及人工智能可以做什么。對于學(xué)生而言，黑箱演示通常更具吸引力但無法展示其內(nèi)部工作原理。白箱演示可以展示人工智能內(nèi)部工作原理和部分細節(jié)，比如數(shù)據(jù)處理的過程與使用的算法等。然而使用白箱演示時，學(xué)習(xí)任務(wù)的設(shè)計需要更為簡單。

第三步討論人工智能影響，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生思考和討論人工智能應(yīng)用對社會帶來的正面與負面影響，以及如何去增進正向影響同時減少負面影響。

第四步完成人工智能項目，教師需要提供必要的工具包和技術(shù)支持，以實際生活中的問題作為驅(qū)動，引導(dǎo)學(xué)生在實踐中完成人工智能項目，并及時開展項目評價與總結(jié)。

2.3 人工智能課程資源建設(shè)

基于人工智能課程設(shè)計的基本原則，一系列的中小學(xué)人工智能課程資源也在持續(xù)建設(shè)中。這些課程資源的內(nèi)容選擇和活動設(shè)計貼近學(xué)生日常生活，相關(guān)實踐環(huán)節(jié)往往只需計算機和瀏覽器就可輕松實現(xiàn)。

美 國 麻 省 理 工 學(xué) 院 RAISE（Responsible AI for Social Empowerment and Education）項目，基于跨學(xué)科、迭代、循證的研發(fā)過程，為學(xué)生在課堂與課后學(xué)習(xí)人工智能提供了大量開放的學(xué)習(xí)模塊和單元[7]。

按照學(xué)段，課程資源分為幼兒園至二年級、三至五年級、六至八年級，以及九至十二年級四個階段。如圖 2 所示，這些由麻省理工學(xué)院及其合作團隊設(shè)計的人工智能素養(yǎng)資源模塊，在知識共享許可協(xié)議下向普通學(xué)習(xí)者免費開放。資源模塊分別面向教師和學(xué) 生，涵 蓋 了 課 程 資 源、演 示 系統(tǒng)與視頻、線上教師培訓(xùn)課程、商業(yè)或開源軟件等。此外美國人工 智 能 促 進 協(xié) 會（Associationfor Advancement of ArtificialIntelligence，AAAI）與 人 工 智能 教 育 發(fā) 展 論 壇（Symposiumon Educational Advances in Artificial Intelligence，EAAI）也組織和實施了“模范人工智能作業(yè)”項目[8]，每年均會評審并發(fā)布中小學(xué)人工智能教育的最佳作業(yè)設(shè)計。經(jīng)過十多年的積累，已經(jīng)逐漸形成了由同行評審、最大且免費開放的人工智能作業(yè)檔案館。

在國內(nèi)，北京師范大學(xué)也與騰訊等項目團隊依托教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人等項目，持續(xù)研發(fā)針對不同學(xué)段的系列中小學(xué)人工智能課程資源[9]。系列課程面向小學(xué)、初中和高中不同學(xué)段：小學(xué)課程以直觀和形象為基本設(shè)計理念，通過體驗和簡單交互使學(xué)生建立對人工智能基本概念的初步理解；初中課程適用于具有編程基礎(chǔ)的學(xué)生，體驗人工智能模型的基本原理和搭建過程；高中課程逐步引入算法基本思想，學(xué)生可以通過模型調(diào)參等實踐環(huán)節(jié)深入了解人工智能技術(shù)。如圖 3 所示，系列課程實踐部分在騰訊扣叮平臺免費向全國中小學(xué)教師與學(xué)生開放使用。

基于現(xiàn)階段中小學(xué)人工智能教育的現(xiàn)狀以及其具體實施途徑，我們提出以下幾點發(fā)展建議。

3.1 人工智能教育基礎(chǔ)研究有待進一步加強

如何在基礎(chǔ)教育階段培養(yǎng)人工智能人才，仍然是當前教育領(lǐng)域與人工智能領(lǐng)域需要深入研究和探索的重要問題。中小學(xué)階段的人工智能教育，一方面應(yīng)該讓學(xué)生掌握人工智能學(xué)科中的重要原理和思想，接觸本領(lǐng)域最新成果，但同時也不能急于將深奧難懂的最新算法和模型搬進課堂，陷入盲目“求新”的誤區(qū)中。同時，需要有針對性地研究每個學(xué)段學(xué)生在人工智能學(xué)科中的認知能力和認知規(guī)律，從而更好地規(guī)劃教學(xué)內(nèi)容和目標。另外，不同學(xué)段人工智能課程內(nèi)容之間應(yīng)強調(diào)橫向聯(lián)系，其教學(xué)目標要有明顯的區(qū)分和承接，使學(xué)生的人工智能素養(yǎng)能夠持續(xù)提高。

3.2 加強高質(zhì)量人工智能課程資源建設(shè)

與國外相比，我國中小學(xué)人工智能課程資源建設(shè)尚沒有形成行業(yè)專家、教研人員和資源開發(fā)者的緊密合作。由于高質(zhì)量中小學(xué)人工智能課程資源對建設(shè)者的專業(yè)性有較高要求，應(yīng)探索多方合作的科學(xué)研發(fā)模式。例如，教研人員和平臺開發(fā)者應(yīng)該在資源建設(shè)中發(fā)揮各自優(yōu)勢，建立多元參與、共建共享的人工智能課程建設(shè)模式。人工智能課程資源免費向已開設(shè)或有意開設(shè)人工智能課程的一線教師提供，同時確保實踐平臺的長期穩(wěn)定與易于實施。另外，鼓勵資源建設(shè)采用迭代改進模式，將最初設(shè)計的課程資源在課堂中反復(fù)檢測效果，根據(jù)一線反饋持續(xù)改進，最終形成個性化的優(yōu)質(zhì)課程資源。

3.3 持續(xù)向一線教師提供支持

由于人工智能屬于新興學(xué)科，目前中小學(xué)信息技術(shù)或其他相關(guān)學(xué)科的教師，普遍沒有人工智能學(xué)科的教育背景，缺少系統(tǒng)和完整講授人工智能課程的知識儲備和必要能力。因此，需要鼓勵高等院校，特別是師范類院校，積極培養(yǎng)相關(guān)師范人才，制定政策引導(dǎo)優(yōu)秀畢業(yè)生進入基礎(chǔ)教育領(lǐng)域從教。更重要地是，需要鼓勵高校、行業(yè)協(xié)會、企業(yè)等多方參與人工智能課程教師在職師資培養(yǎng)，鼓勵在有條件的地區(qū)和學(xué)校，開展人工智能示范課程建設(shè)與線上線下多種形式的教研活動，從而提高教師隊伍的專業(yè)素養(yǎng)和教學(xué)能力。

來源丨《人工智能》

作者丨盧宇 宋佳宸